انحراف در فضا ـ زمان می‌تواند نظریه نسبیت اینشتین را مورد آزمون نهایی قرار دهد!!

مشاهده اعوجاج‌های زمانی می‌تواند نشان دهد که آیا نظریه نسبیت عام اینشتین رازهای ماده تاریک و انرژی تاریک را توضیح می‌دهد یا خیر.

عدسی گرانشی – پدیده‌ای که توسط نظریه نسبیت آلبرت اینشتین پیش بینی شده بود – نور ستاره‌ها را به صورت لبخند کیهانی منحرف می‌کند. (اعتبار تصویر: NASA/ESA/JPL-Caltech)

دانشمندان به زودی می‌توانند نظریه نسبیت عام اینشتین را با اندازه‌گیری اعوجاج زمان آزمایش کنند.

بر اساس تحقیقات جدید، روش جدید پیشنهادی لبه فضا و زمان را به یک آزمایشگاه کیهانی وسیع تبدیل می‌کند تا بررسی کند آیا نسبیت عام می‌تواند ماده تاریک را توضیح دهد – شکل مرموز و نامرئی ماده که فقط می‌تواند از تأثیر گرانشی آن بر ماده و انرژی قابل مشاهده جهان – و همچنین انبساط سریع جهان به دلیل انرژی تاریک استنباط می‌شود. به گفته نویسندگان این مطالعه، این روش آماده آزمایش در بررسی‌های آینده در اعماق جهان است.

نسبیت عام بیان می‌کند که گرانش نتیجه تاب برداشتن جرم فضا و زمان است که اینشتین آن را به یک موجود چهار بعدی به نام فضا-زمان تبدیل کرد. طبق نسبیت، زمان در نزدیکی یک جسم پرجرم کندتر از خلاء بدون جرم می‌گذرد. این تغییر در گذر زمان را اعوجاج زمان می‌نامند.

از زمان معرفی آن در سال 1915، نسبیت عام به طور گسترده مورد آزمایش قرار گرفته است و بهترین توصیف ما از گرانش در مقیاس‌های زیاد شده است. اما دانشمندان هنوز مطمئن نیستند که آیا می‌تواند ماده تاریک نامرئی و انرژی تاریک را توضیح دهد که روی هم حدود 95 درصد از انرژی و ماده در جهان را تشکیل می‌دهند.

کامیل بونوین، نویسنده اصلی مطالعه و دانشیار دانشگاه ژنو، با ایمیل به Live Science گفت: «انحراف زمانی پیش‌بینی‌شده توسط نسبیت عام قبلاً در فواصل کوچک بسیار دقیق اندازه‌گیری شده است. “این اندازه‌گیری برای هواپیماهایی که در اطراف زمین پرواز می‌کنند، برای ستاره‌های کهکشان ما و همچنین برای خوشه‌های کهکشان اندازه‌گیری شده است. ما روشی را برای اندازه‌گیری اعوجاج زمان در فواصل بسیار زیاد پیشنهاد می‌کنیم.”

این روش پیشنهاد می‌کند اعوجاج زمانی را با اندازه‌گیری انتقال به سرخ، تغییر فرکانس نوری آزمایش کنیم که یک جسم هنگام دور شدن از ما ساطع می‌کند. بونوین گفت تفاوت در این است که این تکنیک انتقال به سرخ ناشی از تلاش نور برای بالا رفتن از یک چاه گرانشی”خروجی” در فضا-زمان ایجاد شده توسط یک جسم پرجرم را اندازه‌گیری می‌کند.

او گفت: «این صعود فرکانس نور را تغییر می‌دهد زیرا زمان با سرعتهای متفاوتی در داخل و خارج چاه گرانشی می‌گذرد. “در نتیجه، رنگ نور به رنگ قرمز تغییر می‌کند… با اندازه‌گیری انتقال گرانشی به سرخ، ما اندازه‌گیری اعوجاج زمان را به دست می‌آوریم.”

تصویر تلسکوپ فضایی هابل یکی از کامل‌ترین دانشمندان حلقه اینشتین را نشان می‌دهد که تا به امروز مورد مطالعه قرار گرفته است.

هنگامی که نور ستارگان دور به دور گرانش یک جسم پیش‌زمینه نزدیک‌تر خم می‌شود، ممکن است یک «حلقه اینشتین» مانند این ایجاد کند. این نام ادای احترامی است به پیش‌بینی‌هایی درباره فضا-زمان که در نظریه نسبیت اینشتین انجام شده است. (اعتبار تصویر: ESA/Hubble & NASA/S. Jha/Acnowledgement: L. Shatz)

زمان آزمایش نسبیت عام است

اعوجاج زمان نشان می‌دهد که زمان در جهان ما مطلق نیست، بلکه با سرعت‌های متفاوتی بسته به میدان‌های گرانشی می‌گذرد. این ایده منحصر به نسبیت عام نیست.

بونوین گفت: «تحریف زمان در تمام نظریه‌های مدرن گرانش وجود دارد. “با این حال، دامنه اعوجاج زمانی – “اینکه حضور یک جسم پرجرم چقدر زمان را کند می‌کند – از نظریه‌ای به نظریه دیگر متفاوت است.”

در نسبیت عام، تحریف‌های زمان و مکان یکسان پیش‌بینی می‌شود. در سایر تئوری‌های گرانش، همیشه اینطور نیست. این بدان معناست که با اندازه‌گیری اعوجاج زمان و مقایسه آن با اعوجاج فضا، فیزیکدانان می‌توانند اعتبار نسبیت عام را آزمایش کنند.

روش جدید این تیم می‌تواند تئوری دیگر کیهان را نیز آزمایش کند: فرمول اویلر، که اخترشناسان از آن برای محاسبه حرکت کهکشان‌ها استفاده می‌کنند. به طور خاص، اندازه‌گیری پیشنهادی این تیم از اعوجاج زمان می‌تواند ثابت کند که آیا ماده تاریک از معادله اویلر پیروی می‌کند، همانطور که مطالعات قبلی در مورد اعوجاج زمان فرض کرده‌اند.

روش این تیم را می‌توان در ماموریت‌های آینده، از جمله تلسکوپ اقلیدس آژانس فضایی اروپا، که قرار است در ماه ژوئیه به فضا پرتاب کند و ابزار طیف‌سنجی انرژی تاریک، که سه سال از بررسی پنج ساله‌اش از کیهان می‌گذرد، استفاده کرد.

بونوین گفت: «اندازه‌گیری اعوجاج زمان با داده‌های ارائه‌شده توسط این نظرسنجی‌ها امکان‌پذیر خواهد بود. “این بسیار جالب است زیرا، برای اولین بار، ما می‌توانیم اعوجاج زمان را با فضا مقایسه کنیم، آزمایش کنیم که آیا نسبیت عام معتبر است یا خیر و همچنین می‌توانیم اعوجاج زمان را با سرعت کهکشان‌ها مقایسه کنیم. برای اینکه ببینیم آیا معادله اویلر معتبر است یا خیر. با یک اندازه‌گیری جدید، ما قادر خواهیم بود دو قانون اساسی را آزمایش کنیم.”

ترجمه: سارا سیدحاتمی

منبع:

Distortions in space-time could put Einstein’s theory of relativity to the ultimate test

By Robert Lea

https://www.space.com/distortions-in-space-time-put-einstein-theory-to-test